高中物理 第一章 運動的描述 1.4 實驗：用打點計時器測速度學(xué)案

1、學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精第4節(jié)實驗：用打點計時器測速度一、實驗?zāi)康?了解打點計時器的結(jié)構(gòu)、原理及使用方法2學(xué)會用打點計時器測量物體的速度3能利用vt圖象分析實驗數(shù)據(jù)，描述物體的運動。二、實驗原理1兩種打點計時器的比較電磁打點計時器電火花計時器結(jié)構(gòu)示意圖打點原理電磁作用下振針上下周期性振動打點脈沖電流經(jīng)放電針、墨粉紙盤到紙盤軸放電打點工作電壓6 v以下交流電源220 v交流電源打點周期0.02 s0.02 s阻力來源紙帶與限位孔、復(fù)寫紙的摩擦，紙帶與振針的摩擦紙帶與限位孔、墨粉紙盤的摩擦，比前者小功能功能相同，都是計時儀器2測平均速度、瞬時速度的原理用跟運動物體連在一起的紙帶上打出的點記錄物體

2、的位置，用刻度尺測出兩個計數(shù)點間的位移x。打兩個點的時間間隔為t，則，當(dāng)t很短時，認(rèn)為為t時刻的瞬時速度。三、實驗器材電磁打點計時器(或電火花計時器)、學(xué)生電源(電火花計時器使用220 v交流電源）、刻度尺、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、坐標(biāo)紙等.四、實驗過程1實驗步驟(1）把電磁打點計時器固定在桌子上，紙帶穿過限位孔，把復(fù)寫紙?zhí)自诙ㄎ惠S上,并且壓在紙帶上面。（2)把電磁打點計時器的兩上接線柱接到6 v的低壓交流電源上.(3）接通電源開關(guān)，用手水平拉動紙帶，使它在水平方向上運動，紙帶上就打下一系列點.隨后關(guān)閉電源.（4)重復(fù)步驟（2）、（3）,獲得35條紙帶。（5）選擇一條點跡清晰便于分析的紙帶，往后數(shù)

3、n個點，n個點之間的間隔數(shù)為(n1）,紙帶從打第1個點到打第n個點的運動時間t0。02（n1） s.（6）用刻度尺測量出第1個點到第n個點間的距離x。2數(shù)據(jù)處理(1）計算紙帶的平均速度：從打第1個點到打第n個點,紙帶的運動時間為t0。02（n1)s，紙帶的位移為x，紙帶的平均速度v。把測量和計算的結(jié)果填入表中。記錄項 實驗次數(shù)點數(shù)n點劃分出的間隔數(shù)n1運動時間t/s位移x/m平均速度v/(ms1)12（2）用打點計時器測量瞬時速度選取一條點跡清晰便于分析的紙帶.從能夠看清的某個點開始，每隔四個點取一個計數(shù)點，每兩個計數(shù)點間的時間間隔t50。02 s0.1 s。在紙帶上用o、a、b、c、d標(biāo)出這

4、些“計數(shù)點”，如圖所示。用刻度尺依次測出oa、ob、oc、od的距離是s1、s2、s3、s4，再利用x1s1、x2s2s1、x3s3s2確定出oa、ab、bc、cd之間的距離x1、x2、x3、x4a、b、c、d各點的瞬時速度分別為va、vb、vc、vd(3）用vt圖象描述物體的速度以速度v為縱軸，時間t為橫軸建立直角坐標(biāo)系.根據(jù)不同時刻的瞬時速度值，在坐標(biāo)系中描點。用平滑曲線把這些點連接起來，即得到vt圖象。五、誤差分析1利用平均速度來代替計數(shù)點的瞬時速度自身帶來系統(tǒng)誤差。為減小誤差,應(yīng)取以計數(shù)點為中心的較小位移x來求平均速度。2測量計數(shù)點間的位移x帶來誤差.減小此誤差的方法是一次測量完成,即

5、一次測出各計數(shù)點到起始計數(shù)點o的距離，再分別計算出各計數(shù)點間的距離。3計數(shù)點間的時間t搞錯。幾個計數(shù)點間的時間間隔為t（n1)0.02 s。而非tn0。02 s。4作vt圖象不用坐標(biāo)紙、尺子，坐標(biāo)單位選定的不合理，作圖粗糙帶來誤差.六、注意事項1實驗前,應(yīng)將打點計時器固定好，以免拉動紙帶時晃動,并要先輕輕試?yán)垘?，?yīng)無明顯的阻滯現(xiàn)象。2使用計時器打點時，應(yīng)先接通電源,待打點計時器打點穩(wěn)定后再拉動紙帶。3手拉動紙帶時速度應(yīng)快一些,以防點跡太密集。4使用電火花計時器時，應(yīng)注意把紙帶正確穿好，墨粉紙盤位于紙帶上方；使用電磁打點計時器時，應(yīng)讓紙帶穿過限位孔，壓在復(fù)寫紙下面.5使用電磁打點計時器時,如打

6、出點較輕或是短線，應(yīng)調(diào)整振針距復(fù)寫紙的高度.6打點計時器不能連續(xù)工作太長時間,打點之后應(yīng)立即關(guān)閉電源。要點一實驗原理和實驗操作例1 (2017徐州高一檢測）用打點計時器可測紙帶運動的時間和位移。下面是沒有按操作順序?qū)懙牟煌暾膶嶒灢襟E，按照你對實驗的理解，在各步驟空白處填上適當(dāng)?shù)膬?nèi)容，然后按實際操作的合理順序,將各步驟的字母代號按順序?qū)懺诳瞻滋?。a在電磁打點計時器的兩接線柱上分別接上導(dǎo)線,導(dǎo)線的另一端分別接在低壓_（選填“交流”或“直流”）電源的兩個接線柱上。b把電磁打點計時器固定在桌子上，讓紙帶穿過_，并壓在_下面.c用刻度尺測量從計時開始點到最后一個點間的距離x.d切斷電源,取下紙帶，如果

7、共有n個清晰的點，則這段紙帶記錄的時間t_.e打開電源開關(guān)，再用手水平地拉動紙帶，紙帶上打下一系列小點。f利用公式v計算紙帶運動的平均速度。實驗步驟的合理順序是_.解析a項中電磁打點計時器應(yīng)使用低壓交流電源；b項中應(yīng)將紙帶穿過電磁打點計時器的限位孔，并放于復(fù)寫紙的下方；d項中紙帶上記錄的時間t（n1）0.02 s。合理的實驗步驟為baedcf。答案交流限位孔復(fù)寫紙（n1)0.02 sbaedcf要點二紙帶的處理例2 （2016吉林一中期中)打點計時器所用交流電源的頻率為50 hz,某次實驗中得到一條紙帶，用毫米刻度尺進(jìn)行測量，如圖1所示，則紙帶在a、c間的平均速度為_ m/s，在a、d間的平均

8、速度為_ m/s，b點的瞬時速度更接近于_ m/s。圖1思路指導(dǎo)解答本題可按照下列思路進(jìn)行：ac解析a、c間的位移xac1。40 cm，a、c間的時間間隔tac0。04 s，所以a、c間的平均速度vac0.35 m/s。a、d間的位移xad2。50 cm，a、d間的時間間隔tad0.06 s，所以a、d間的平均速度vad0.42 m/s。a、c兩點比a、d兩點更接近b點，所以b點的瞬時速度更接近于a、c間的平均速度0。35 m/s.答案0.350.420。35用近似代替瞬時速度的條件是t足夠小，因此利用它求某一點的瞬時速度時，應(yīng)盡可能靠近該點取數(shù)據(jù)，這樣求出的數(shù)值才可能更接近該點的瞬時速度。要

9、點三數(shù)據(jù)的處理、vt圖象例3 如圖2所示是用打點計時器測瞬時速度實驗時得到的一條紙帶的一部分，從0點開始依照打點的先后依次標(biāo)為0、1、2、3、4、5、6現(xiàn)在量得0、1間的距離x15。18 cm，1、2間的距離x24。40 cm,2、3間的距離x33.62 cm，3、4間的距離x42.78 cm，4、5間的距離x52.00 cm,5、6間的距離x61.22 cm(頻率為50 hz）。圖2(1)根據(jù)上面記錄，計算打點計時器在打1、2、3、4、5點時的速度(保留兩位小數(shù))并填在下表中.位置12345v/(ms1）(2)根據(jù)（1)中表格,在圖3中畫出小車的速度圖象。圖3解析(1）某點的瞬時速度可用以該

10、點為中間時刻的一段時間內(nèi)的平均速度表示打1點時:v11。20 m/s,打2點時：v21.00 m/s，打3點時：v30.80 m/s，打4點時：v40。60 m/s，打5點時：v50.40 m/s,將數(shù)值填入表格中位置12345v/(ms1)1.201。000.800.600.40（2）描點并連線得小車的速度時間圖象。答案見解析1（2017武漢高一檢測）電磁打點計時器是一種使用交流電源的計時儀器,根據(jù)打點計時器打出的紙帶，不經(jīng)計算，通過測量可以從紙帶上直接得到的物理量是（)a時間間隔b位移c平均速度d瞬時速度解析時間間隔通過數(shù)紙帶上所打點的個數(shù)經(jīng)過計算得出。位移可以通過測量紙帶上所打點之間的距

11、離得出。而平均速度或者瞬時速度都是依據(jù)實驗數(shù)據(jù)通過計算得出。故應(yīng)選b。答案b2（2017衡水高一檢測）關(guān)于打點計時器使用的說法正確的是（）a電磁打點計時器使用的是6 v以下的直流電源b在測量物體速度時，先讓物體運動，后接通打點計時器的電源c使用的電源頻率越高，打點的時間間隔就越小d電源的電壓越高，打點的時間間隔就越小解析電磁打點計時器使用交流電源，a錯；使用打點計時器時應(yīng)先接通電源，后讓物體運動，b錯；打點的時間間隔t，f是電源頻率，與電源電壓的高低無關(guān)，所以c正確，d錯誤。答案c3如圖4所示是某同學(xué)在做勻變速直線運動實驗中獲得的一條紙帶。圖4（1）已知打點計時器電源的頻率為50 hz,則紙帶

12、上打相鄰兩點的時間間隔為_。(2)a、b、c、d是紙帶上的四個計數(shù)點，每兩個相鄰計數(shù)點間有四個點沒有畫出。從圖中讀出a、b兩點的間距x_ cm；c點對應(yīng)的速度是_ m/s(計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)。解析（1）由周期和頻率的關(guān)系t可知：周期為0.02 s。(2）a、b間距為0.630.67 cm之間,長度測量注意不要丟掉估讀位，c點瞬時速度等于b、d間的平均速度，vc m/s0.100 m/s.答案(1）0.02 s(2)0.630.670.1004某同學(xué)在“用打點計時器測速度”的實驗中,用打點計時器記錄了被小車拖動的紙帶的運動情況，在紙帶上確定出a、b、c、d、e、f、g共7個測量點。其相鄰兩點間的距離如圖5所示，每兩個相鄰的測量點之間的時間間隔為0.10 s。圖5（1）試根據(jù)紙帶上各個測量點間的距離，每隔0。10 s測一次速度,計算出打下b、c、d、e、f五個點時小車的瞬時速度，并將各個速度值填入表中（要求保留三位有效數(shù)字)。瞬時速度vbvcvdvevf數(shù)值/（ms1）（2)以a點為計時起點，將b、c、d、e、f各個時刻的瞬時速度標(biāo)在如圖6所示的直角坐標(biāo)系中，并畫出小車的瞬時速度隨時間變化的關(guān)系圖線.圖6解析(1）用包括某點在內(nèi)的一小段時間內(nèi)的平均速度近似代表該點的瞬時速度.